关键词：智能变电站；继电保护；GOOSE网络；跳闸
前言：新的发展环境下，伴随着电力行业的快速发展，智能变电站的数量不断增加，其在继电保护中采用的是全数字式继电保护，以直采直跳为主要特征，能够有效满足智能变电站继电保护对于可靠性和快速性的要求，但是在实际应用中存在很多缺陷，运行维护复杂，本身所具备的数字化和信息化优势也会受到影响。针对这样的问题，电力部门需要做好采样及跳闸模式的研究，选择更能满足继电保护性能要求的跳闸模式，对继电保护系统进行优化，切实保证智能变电站的稳定可靠运行。
1 GOOSE网络跳闸的安全性
在智能变电站继电保护采样值的网络传输中，存在两个比较关键的维内托，一是流量偏大，二是采样值同步难度大，虽然在发展过程中，有技术人员提出了一定的解决方案，但是这些解决方案都不够成熟。与之相比，通用面向对象变电站事件（GOOSE）网络传输则不存在相应的问题，通过网络方案的合理规划以及有效的入网测试，智能变电站继电保护可以选择网络跳闸模式。
相比较直采直跳，GOOSE网络跳闸会对智能变电站的运行维护安全产生影响。技术人员在设计智能变电站继电保护的过程中，需要充分考虑其在运行、检修、扩展等环节的安全性，直跳模式下，光缆数量众多而且接线复杂，很容易出现误操作，对比传统二次电缆接线模式并不存在明显的优势。网络方式下，可以依照间隔分散，进行间隔交换机的配置，在中心交换机借助对VLAN的合理划分，使得大部分仅与本间隔相关的GOOSE组播报文能够在间隔交换机内传输，二次安全措施不仅简单，而且可靠。分散配置间隔交换机能够缩小单台交换机故障引发的保护系统瘫痪的范围，促进系统运行可靠性和安全性的提高。如果因为一次接线或者成本问题，无法依照间隔进行交换机的配置，则可以在交换机上进行技术优化和改进，实现简单可靠的安全隔离，或者在交换机检修装置端口，设置特定VLAN实现安全防护（如图1）。
图1 交换机检修VLAN
一般情况下，检修装置发送的报文只会在检修装置间进行传输，并不会发送给运行装置，运行装置的报文也无法发送到检修装置。从保证现场检修设置特定VLAN操作性的角度，交换机必须针对每一个端口，设置独立小开关以及明显提示。在实际操作中，通过断开待检修装置电源的方式，可以就交换机检修装置端口的准确性进行确认。相比较直跳，GOOSE网跳接线方式更加简单，同时也能够采取相应的技术手段来保证安全，优势更加明显。
2 GOOSE网络跳闸关键技术
通常情况下，网卡在收到相应的报文后，会以中断的方式通知CPU进行解密，这也使得任何报文的进入都会占用CPU资源，如果报文流量较大，CPU可能会因为溢出而无法响应。考虑装置本身的处理能力有限，需要就继电保护中可能出现的问题进行分析预测，提出有效的技术指标，确保厂家能够通过相应的技术改进来满足继电保护速动性的需求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在智能变电站继电保护中，只有跳闸、闭锁和启动信号真正需要快速响应，而此类信号值在保护动作中实际上并不会很多。GOOSE网络跳闸关键技术，就是需要在网卡中对无效报文进行剔除，避免其对于CPU资源的占用，而这一目标可以通过对网络环境的改善配合装置本身的过滤能力实现。在对网络环境进行改善时，对于交换机、装置以及用户本身都有要求，对于基于新技术的智能变电站而言，并不具备很强的操作性，装置本身网卡过滤如果能够做到万无一失，更能满足实际应用的需求，因为其对于交换机和用户没有额外要求，有助于工程建设和运维工作，不会与网络环境的改善产生冲突。
在继电保护以及过程层装置中，可以运用现场可编程门阵列（FPGA）协助主CPU来实现对于报文的有效处理，开发人员应该通过编程的方式，对FPGA的硬件功能进行定制，其与CPU串行执行指令的方式存在一定区别，定制功能主要是借助相应的硬件实现，处理速度高，能够满足GOOSE报文100Mbit/s的带宽线速要求。借助FPGA实现的以太网控制器中，可以依照GOOSE的特点对地址过滤单元进行定制，避免无效报文进入后续解码环节，占用处理带宽。例如，考虑到一个装置最多能够订阅的GOOSE控制块为16个，可以分别对相应的MAC、GOID、APPID等进行配置，当报文进入后，对其信息头部进行首先解码，匹配后才能将更新的GOOSE数据向CPU提交。在实际操作汇总，GOOSE编码相对固定，不会给CPU带来很大负荷，因此可以由CPU或者FPGA承担编码工作。
大规模FPGA能够实现较高的硬件编解码带宽，以此对网络报文进行预处理，可以有效避免不确定通信环境给CPU中断处理带来的压力，使得其能够依照预定节拍，与FPGA交互GOOSE收发数据，以此来保证装置发送接收延时的确定性。结合测试情况分析，在运用FPGA协处理技术后，智能电子设备GOOSE编解码的发送和接收延时通常不会超过1ms。
3 GOOSE网络跳闸应用方案
GOOSE网络跳闸目前已经在很多智能变电站得到了应用，对比直跳模式，具有结构简单、易维护的特点，不过其本身的应用同样需要满足一定条件，需要技术人员制定出有效的网络方案来保证应用效果。从设计人员的角度，在对智能变电站进行设计的过程中，应该给出合理的过程层交换机VLAN规划，在每个变电站网络中对VLAN配置进行落实，减少或者避免无效GOOSE背景报文对保护装置接收延时的影响。在技术条件成熟的情况下，可以运用动态组播注册协议，完成组播报文的自动划分，从而减少交换机中的人工配置和管理。
4 结语
总而言之，在GOOSE报文传输延时中，装置报文发送与接受延时占比较大，网络传输延时仅占据很小一部分，网跳方式对应直跳方式，具有物理接线简单、安装维护方便等优点，能够切实提升运维的安全性。在对GOOSE网络跳闸模式进行应用的过程中，需要考虑背景报文对装置的影响，通过有效的入网检测，提升装置性能，保证智能变电站继电保护的效果。
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论文作者:张博,
论文发表刊物:《中国电业》2019年16期
论文发表时间:2019/11/29
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